Климатический центр Росгидромета

Новости партнеров

Geophysical Research Letters: Совместные климатические модели систематически недооценивают отклик радиации на потепление поверхности

 

Реалистическое представление отклика радиации на верхней границе атмосферы на приземное потепление является ключом к доверию к прогнозам климатической модели. Показано, что совместные модели со свободно развивающимися взаимодействиями океана и атмосферы систематически недооценивают наблюдаемую глобальную тенденцию излучения на верхней границе атмосферы в течение 2001–2022 гг. в 552 расчётах. На местном уровне, даже если моделирование спонтанно воспроизводит наблюдаемые тенденции приземной температуры, тенденции радиации на верхней границе атмосферы, скорее недооценены, чем переоценены. Такое смещение отклика связано с неспособностью моделей воспроизвести наблюдаемую картину крупномасштабного приземного потепления, а также с ошибками в физике атмосферы, влияющей на коротковолновое и длинноволновое излучение. Модели с лучшим представлением отклика излучения на верхней границе атмосферы на локальное приземное потепление имеют относительно низкую равновесную чувствительность климата. Предложенная авторами метрика смещения — это новый подход, связывающий текущую реакцию модели на изменение климата с её поведением в будущем.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL106909

Печать

Nature Communications: Оценки изменения береговой линии в глобальном масштабе

 

В нынешнюю эпоху быстрого изменения климата и повышения уровня моря наука об изменении прибрежных зон необходима в глобальном, региональном и местном масштабах. Важнейшие элементы этой науки, независимо от масштаба, включают в себя обоснованность методов и возможность независимой проверки результатов. Недавний вклад Almar et al.1 не позволяет достичь ни одного из этих показателей, о чём свидетельствуют: (i) использование подверженного ошибкам прокси для прибрежной береговой линии и (ii) анализы, которые носят циклический характер и мало объясняют отклонения в данных.

Здесь предоставлена краткая информация по каждому из этих пунктов:

(i) Несмотря на то, что существует ряд спутниковых методов определения береговой линии, которые опубликованы с исходным кодом и могут быть применены для обнаружения причин изменения береговой линии в глобальном масштабе2,3,4,5, Almar et al.1 использовали простой метод, подверженный ошибкам определения ватерлинии. Среди проблем с прокси-серверами ватерлинии широко показано, что они сильно зависят от стадии прилива в сезонном, годовом и межгодовом масштабах из-за пересечения солнечно-синхронного источника данных и астрономических приливных циклов3,6. Например, этапы прилива на изображениях Landsat, использованных и открыто опубликованных Vos et al.2, имеют временные отклонения в различных масштабах для разрезов по всему земному шару. Таким образом, в изменчивости данных о ватерлиниях обычно преобладают приливные режимы в широком диапазоне временных масштабов, а не закономерности изменения береговой линии2,3,4,5,6,7.
Низкое качество измерений ватерлинии можно продемонстрировать путём сравнения со стандартными методами. Стандартные методы отслеживания положения береговой линии со спутников обычно охватывают 70–90% дисперсии измерений береговой линии на месте (например, рис. S1 в работе Vos et al.2). Напротив, измерения ватерлинии, проведённые Almar et al.1, уловили только 14–37% (в среднем = 26%) дисперсии измерений береговой линии (рис. S6).
Метод Almar et al.1 также выявил ложные, зависящие от времени закономерности, в том числе 20–50 м нереальной сезонности береговой линии для пляжа Наррабин, Австралия (сравните тонкие линии на рис. S6i) и неспособность зафиксировать крупнейшее за всю историю событие аккреции, произошедшее в 2005 году в Торри-Пайнс, Калифорния (сравните жирные линии на рис. S6g). Таким образом, методы Almar et al.1 не позволяют охарактеризовать изменения в местном масштабе и не дают доказательств того, улучшаются ли эти неудачи в региональном или глобальном масштабе. Метод Almar et al.1 также включает только один разрез каждые 0,5°, или в среднем каждые 55 000 м, что сильно занижает выборку береговых линий мира. Напротив, стандартные применения спутникового картографирования береговой линии в региональном и глобальном масштабе выполняются с интервалом трансектов ~ 100 м2,3,4,5,8,9 в знак признания того, что этот масштаб необходим для правильной выборки огромного разнообразия прибрежных зон, поведения и геоморфических изменений10,11,12. Хотя ограниченность пространства не позволяет провести полный обзор эффектов пространственной выборки и наложения береговых линий7, следует отметить, что понижение выборки данных трансекта со 100 м от Vos et al.2 до интервалов 55 000 м приводит к фундаментально разным распределениям показателей геоморфических изменений в этих данных.
Almar et al.1 действительно ссылаются на проблемы своих данных, которые они описывают как «гидродинамические изменчивости», приводящие к невозможности измерить «геологическую» береговую линию (стр. 6). Тем не менее, Almar et al.1 представляют и резюмируют свое исследование, касающееся «морфологических изменений побережья» (стр. 2), «изменений/эволюции береговой линии» (стр. 1-2) и «эрозии» береговой линии (стр. 6)). Авторы утверждают, что если методика Almar et al.1 не позволяет измерить форму рельефа береговой линии (с этим результатом авторы согласны), тогда нельзя сделать никаких выводов об изменении, эволюции или эрозии формы рельефа.
(ii) Было показано, что измерения ватерлинии, проведённые Almar et al.1, имеют слабую положительную корреляцию с независимыми факторами уровня воды, связанными с уровнем моря, энергией волн и расходом воды из рек, но только с глобальным средним значением r2, равным 0,25 (рис. 1). То есть основной вывод заключается в том, что факторы, влияющие на уровень прибрежных вод, связаны (хотя и слабо) с внутренним положением воды в прибрежном ландшафте. Авторы утверждают, что это тривиальный, если не рекламный вывод. Положение ватерлинии на пляже поперёк берега должно быть прямой функцией уровня воды. И тем не менее, только ~25% отклонений в данных Almar et al.1 по ватерлинии можно объяснить этой простой зависимостью. Кроме того, глобально усреднённая корреляция (r) модели на основе ЭНЮК составила 0,43 (рис. 3а). Таким образом, только ~18% отклонений в данных «береговой линии» было объяснено ЭНЮК. В свете этой низкой корреляции следует признать, что стадии приливов в значительной степени коррелируют с ЭНЮК13,14, что повышает вероятность того, что часть этой корреляции является результатом остаточных приливных эффектов в данных о береговой линии, которые, как отмечалось выше, обычно доминируют над синхронными спутниковыми данными. В конце концов, метод ватерлинии уловил только ~ 25% различий в фактических береговых линиях, а регрессионный анализ уловил только 18–25% различий в результатах ватерлинии. Обсуждая эти результаты с помощью метода квадратурной суммы, предполагается, что только ~5% дисперсии фактических береговых линий можно объяснить с помощью регрессионных моделей на основе ЭНЮК, что противоречит основным выводам статьи1.
В отличие от методов и результатов Almar et al.1, существуют многочисленные исследования изменений береговой линии в региональном и глобальном масштабе на основе спутниковых данных, которые включают: (i) методы, соответствующие передовому опыту7, и (ii) тщательное тестирование, анализ и применение результатов береговой линии2,3,4,5,8,9,12. Кроме того, это ясно показывает, что ЭНЮК играет сложную роль в некоторых регионах (например, в Тихоокеанском бассейне2), но не играет роли в других регионах (например, на Атлантическом побережье Европы12).
Подводя итог, авторы предлагают читателям внимательно оценить эти вопросы, а также общий вывод Almar et al. и вывод, сделанный в заголовке, о том, что ЭНЮК является глобально важным фактором изменения береговой линии1. Авторы с нетерпением ждут более тщательного анализа тенденций и причин изменения прибрежной зоны на основе данных, имеющих разумную неопределённость и публикуемых открыто, как продемонстрировали другие2,3,4,5,8,9,12. Указывается на исследования, которые не только сообщают о научных результатах, но также предоставляют общедоступные средства просмотра данных, хранилища данных и исходные коды как хорошие модели для предоставления информации прибрежным учёным, менеджерам и гражданам2,3. Такого рода информация и инструменты имеют решающее значение для понимания прибрежных систем и будущего прибрежных сообществ в современную эпоху роста населения, прибрежной урбанизации, изменения климата и повышения уровня моря. Управляющие прибрежными районами и граждане ожидают от научного сообщества предоставления действенной информации как на местном, так и на региональном уровне, основанной на тщательно проверенных и свободно доступных данных. Учитывая важность этой науки, в будущем потребуются усилия по улучшению понимания прибрежных систем и тщательной переоценке выводов Almar et al.1.

 

Ссылки

1 Almar, R. et al. Influence of El Niño on the variability of global shoreline position. Nat. Commun. 14, 3133 (2023).
2 Vos, K., Harley, M. D., Turner, I. L. & Splinter, K. D. Pacific shoreline erosion and accretion patterns controlled by El Niño/Southern Oscillation. Nat. Geosci. 16, 140–146 (2023).
3 Bishop-Taylor, R., Nanson, R., Sagar, S. & Lymburner, L. Mapping Australia’s dynamic coastline at mean sea level using three decades of Landsat imagery. Remote Sens. Environ. 267, 112734 (2021).
4 Konstantinou, A. et al. Satellite-based shoreline detection along high-energy macrotidal coasts and influence of beach state. Mar. Geol. 462, 107082 (2023).
5 Mao, Y., Harris, D. L., Xie, Z. & Phinn, S. Efficient measurement of large-scale decadal shoreline change with increased accuracy in tide-dominated coastal environments with Google Earth Engine. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 181, 385–399 (2021).
6 Eleveld, M. A., Van Der Wal, D. & Van Kessel, T. Estuarine suspended particulate matter concentrations from sun-synchronous satellite remote sensing: Tidal and meteorological effects and biases. Remote Sens. Environ. 143, 204–215 (2014).
7 Boak, E. H. & Turner, I. L. Shoreline Definition and Detection: A Review. J. Coast. Res. 214, 688–703 (2005).
8 Mentaschi, L., Vousdoukas, M. I., Pekel, J.-F., Voukouvalas, E. & Feyen, L. Global long-term observations of coastal erosion and accretion. Sci. Rep. 8, 12876 (2018).
9 Castelle, B., Ritz, A., Marieu, V., Nicolae Lerma, A. & Vandenhove, M. Primary drivers of multidecadal spatial and temporal patterns of shoreline change derived from optical satellite imagery. Geomorphology 413, 108360 (2022).
10 Harley, M. D., Turner, I. L. & Short, A. D. New insights into embayed beach rotation: The importance of wave exposure and cross-shore processes. J. Geophys. Res. Earth Surf. 120, 1470–1484 (2015).
11 Burvingt, O., Masselink, G., Russell, P. & Scott, T. Classification of beach response to extreme storms. Geomorphology 295, 722–737 (2017).
12 Masselink, G., Castelle, B., Scott, T. & Konstantinou, A. Role of Atmospheric Indices in Describing Shoreline Variability Along the Atlantic Coast of Europe. Geophys. Res. Lett. 50, e2023GL106019 (2023).
13 Gurubaran, S. Interannual variability of diurnal tide in the tropical mesopause region: A signature of the El Nino-Southern Oscillation (ENSO). Geophys. Res. Lett. 32, L13805 (2005).
14 Yasuda, I. Impact of the astronomical lunar 18.6-yr tidal cycle on El-Niño and Southern Oscillation. Sci. Rep. 8, 15206 (2018).

 

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-46608-x

Печать

Science: «Холодная капля» талой воды в Арктике может вызвать волну тепла в Европе

 

Исследование выявило цепочку событий, связывающих потепление в Арктике и экстремальную погоду в Европе.

Глобальное потепление меняет погоду во многих отношениях, но череда рекордно жарких и засушливых лет в Европе опровергает простую связь с изменением климата. Климатические модели действительно показывают, что Европа нагревается быстрее, чем остальная часть планеты, но недавние эпизоды жары были вызваны своеобразными погодными условиями: массы горячего, сухого воздуха скопились над континентом, блокируя любые вторжения прохладного или влажного воздуха.
Новое исследование предполагает, что всё-таки виновато глобальное потепление. Оно предлагает цепочку событий, которая начинается с притока талой воды из сокращающихся арктических льдов, что в конечном итоге изменяет массивные океанские течения и региональные структуры циркуляции воздуха. Исследование, опубликованное в конце прошлого месяца в журнале Weather and Climate Dynamics, также предполагает, что мониторинг таких закономерностей, проявляющихся в зимние месяцы, может позволить синоптикам прогнозировать экстремальную летнюю жару на месяцы и годы вперёд. «Физически то, что пишут авторы, имеет смысл», — говорит Джуда Коэн (Judah Cohen), учёный-метеоролог из Исследования атмосферы и окружающей среды.
Таяние Арктики – как плавучего морского льда, так и ледников в Гренландии и других местах – добавляет в океан примерно 6000 или более кубических километров воды за десятилетие, что более чем достаточно, чтобы заполнить Большой Каньон. Когда эта пресная вода выливается в северную часть Атлантического океана, она находится поверх более тяжелой океанской солёной воды и препятствует смешиванию. Поскольку снизу поступает меньше тепла, поверхностные воды в осенние и зимние месяцы становятся холоднее, чем обычно, говорит Марилена Олтманнс (Marilena Oltmanns), климатолог из Национального океанографического центра Великобритании. Это явление может объяснить так называемую «холодную каплю» — участок моря в Северной Атлантике, который, как предполагает моделирование НАСА, является одним из немногих мест на Земле, где становится всё холоднее.
Чтобы изучить, как приток пресной воды может повлиять на погоду, Олтманс и её коллегам потребовались новые измерения солёности в Северной Атлантике, которую спутники и модели океана с трудом могут точно определить количественно. Поэтому они разработали способ объединить данные со спутников, буёв и метеостанций, чтобы получить приблизительный показатель солёности. Они обнаружили, что уровень пресной воды в Арктике резко менялся от зимы к зиме, в зависимости от степени таяния воды предыдущим летом.
Затем, изучив данные об океане и атмосфере за четыре десятилетия, команда выдвинула гипотезу о том, как пресная вода и образовавшаяся в результате «холодная капля» могут повлиять на погоду в Европе. Штормы в Северной Атлантике черпают энергию из границы между «каплей» и тёплыми водами южнее, говорит Олтманс. Данные показали, что когда «холодные капли», вызванные пресной водой, были более интенсивными, граница была более резкой. Результатом стали более бурные зимы с более сильными западными ветрами.
Из-за эффекта Кориолиса, явления, связанного с вращением Земли, ветры могут сносить воду вбок. В результате более сильные западные ветры перемещают тёплый океанский поток, называемый Северо-Атлантическим течением (продолжение Гольфстрима), на север примерно от 45° до 60° с.ш. Этот сдвиг может сохраниться и в последующие лета. И подобно барьеру, это теплое течение, вьющееся вокруг Британских островов, отклоняет реактивный поток, позволяя массе горячего сухого воздуха, иногда называемой блокирующей системой высокого давления, расположиться над Европой.
Это сложный механизм, но Олтманс говорит, что статистика подтверждает это. Например, команда проанализировала 10 самых жарких и 10 самых холодных лет в Европе с 1980 года, а также предшествовавшие им условия в Северной Атлантике. По словам Олтманс, самому жаркому лету предшествовали большие события в пресной воде, а самому холодному — нет.
«Исследование убедительно подтверждает мои ожидания, которые я и другие имели в течение некоторого времени, — что «холодная капля» к югу от Гренландии повлияет на погодные условия в Северной Атлантике, а также на погодные условия ниже по течению в Европе», — говорит Дженнифер Фрэнсис (Jennifer Francis), специалист по климату, учёный из Центра климатических исследований Вудвелла.
Этот сценарий может усложнить другую теорию о талой воде в Арктике, что она может замедлять течение Гольфстрима за счёт уменьшения количества солёной воды, которая тонет в Северной Атлантике и помогает управлять течением. Теоретически замедление Гольфстрима лишило бы Европу тепла и могло бы спровоцировать более экстремальные погодные условия, включая смертельные похолодания, как показано в фильме «Послезавтра» 2004 года о климатической катастрофе. Но если исследователи правы, таяние Арктики может сделать Европу теплее, а не холоднее, говорит Фрэнсис. Эти выводы «в целом противоречат ожиданиям сценария, более похожего на «Послезавтра».
Олтманс предполагает, что методы исследования могут помочь синоптикам и чиновникам здравоохранения зимой, чтобы они могли подготовиться к летней жаре. «Если бы мы знали этот механизм раньше, — говорит она, — мы могли бы заранее предсказать, каким будет лето».

 

Ссылка: https://www.science.org/content/article/cold-blob-arctic-meltwater-may-be-causing-european-heat-waves

Печать

Science: Большие данные в науке о Земле: новая практика и перспективы

 

ФОН

Увеличение число и разрешения датчиков наземного и спутникового базирования в сочетании с моделями более высокого разрешения привело к взрывному росту объёма данных в науках о Земле. Эта богатая данными среда меняет практику науки о Земле, выходя за рамки открытий и прикладной науки в новые области. В этом обзоре освещаются последние применения больших данных в трёх дисциплинах: гидрологии, океанографии и науке об атмосфере. Показано, как большие данные связаны с современными проблемами науки: тиражируемостью и воспроизводимостью, а также переходом от необработанных данных к информационным продуктам. Цифровые двойники позволяют извлекать уроки из прошлого, понимать текущее состояние и повышать точность прогнозов на будущее. Большие данные традиционно определяются пятью V — объёмом, скоростью, достоверностью, разнообразием и ценностью (в английском: volume, velocity, veracity, variety and value). Они описывают большие данные, которые поступают быстро, могут иметь разную надёжность или точность, представлены в различных форматах и имеют высокую ценность. Понимание Земли как целостной системы приводит к необходимости рассматривать всевозможные явления, а отсюда и потребность в больших данных.

ДОСТИЖЕНИЯ

Поверхностные воды имеют решающее значение для выживания человечества, но их становится всё меньше из-за проблем с количеством и качеством воды. Поверхностные воды создают уникальные проблемы с данными из-за количества воды на Земле и её эфемерной природы. Ширина поверхностных вод может варьироваться от нескольких метров до многих километров, а их протяжённость может меняться во времени от минут до десятилетий. Большие данные позволили более точно и полно очертить поверхностные воды, более детально понять динамику поверхностных вод и создать модели, более точно определяющие количественный баланс земных вод. Понимание океана как трёхмерной (3D) системы уже давно является целью исследователей. Хотя спутники могут обеспечить обзорную картину, они не проникают в глубины океана. Модели могут представлять весь океан в 3D, но они полагаются на наблюдения как на входные данные, так и для проверки результатов. Новые технологии, такие как буи «Арго», надводные и подводные автономные аппараты, а также океанские обсерватории, собирают и передают данные, часто в режиме реального времени, чтобы обеспечить трёхмерное представление ранее скудных данных в ряде регионов. Модели океана стали более подробными, могут охватывать большие территории и всё чаще включают в себя ассимиляцию наблюдаемых данных. Анализ на основе больших данных даёт новое представление о климатических процессах, связанных с взаимодействием океана и климата, суровой погодой и ветровым потенциалом. Усовершенствованные модели проекта CMIP6, более точно воспроизводят уровни кислорода на глубинах океана 150 м, явно демонстрируя уменьшение ошибок в Южном океане по сравнению с CMIP5. Это обеспечивает лучшее представление о глубоководной вентиляции океана и более точную характеристику биогеохимических свойств обнажённых водных масс. Цифровые двойники предназначены для создания высокоточных цифровых представлений системы Земли, чтобы улучшить понимание последствий изменения климата и экстремальных погодных явлений. Ожидается, что цифровые двойники не только поймут текущее состояние окружающей среды или климата, но также будут автоматически анализировать изменения в окружающей среде и автономно получать новые данные для улучшения её предсказаний и прогнозов. Точность цифровых двойников во многом зависит от качества данных и анализа, который они включают.

ПРОГНОЗ

Наука о Земле прочно укоренилась в фундаментальном научном методе и останется таковой в обозримом будущем. Хотя доступность данных необходима для тиражируемости и воспроизводимости, объём, разнообразие и достоверность больших данных могут затруднить их использование. В результате формируется модель производства информационных продуктов о Земле. Это синтезированные, структурированные и организованные презентации научных данных, выводов и результатов исследований в формате, который доступен, информативен и полезен внутри и за пределами научного сообщества. Информационные продукты о Земле стремятся «превратить данные в информацию, а информацию в понимание» (приписывается К. Фиорине (C. Fiorina)) с конечной целью сделать науку действенной. Новые идеи, полученные благодаря большим данным, обходятся дорого. Традиционные стимулы для исследователей к публикации статей должны быть дополнены временем, потраченным на правильную обработку наборов данных. Размер больших данных создаёт проблемы для научной тиражируемости и воспроизводимости, а также для обмена данными и управления ими. Обеспечение соответствия этих наборов данных требованиям принципов FAIR/CARE требует постоянных усилий. Эти проблемы перевешиваются обещаниями, которые большие данные приносят для более глубокого и всестороннего понимания нашей Земли. Поскольку датчики и моделирование продолжают развиваться, как и параллельный прогресс в вычислительных ресурсах, концепция больших данных будет постоянно развиваться. Потенциал больших данных для обогащения нашего понимания Земли как сложной, взаимосвязанной и динамичной системы, одновременно поддерживая открытую науку, остается неизменно многообещающим.

Пять принципов больших данных и среды, в которых они наиболее перспективны для новых открытий

АННОТАЦИЯ

Увеличение числа и разрешения датчиков наземного и спутникового базирования в сочетании с моделями более высокого разрешения привело к взрывному росту объёма данных наук о Земле. Эта богатая данными среда меняет практику науки о Земле, выходя за рамки открытий и прикладной науки в новые области. В этом обзоре освещаются последние применения больших данных в трёх дисциплинах: гидрологии, океанографии и науке об атмосфере. Показано, как большие данные связаны с современными проблемами науки: тиражируемостью и воспроизводимостью, а также переходом от необработанных данных к информационным продуктам. Большие данные предоставляют беспрецедентные возможности улучшить понимание сложных закономерностей и взаимодействий Земли. Появление цифровых двойников позволяет извлекать уроки из прошлого, понимать текущее состояние и повышать точность прогнозов на будущее.

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh9607

Печать

Journal of Climate: Устойчивое полярное усиление в безлёдном климате зависит от переноса тепла в океане и радиационного воздействия облаков

 

Существует фундаментальный разрыв между предыдущими исследованиями, которые пришли к выводу, что полярное усиление не происходит без морского льда, и исследованиями, которые обнаружили, что полярное усиление является неотъемлемой особенностью атмосферы, независящей от морского льда. Авторы предполагают, что представление о климатологическом переносе тепла океаном является ключевым для моделирования полярного усиления в свободном ото льда климате. Чтобы исследовать это, они провели серию целевых экспериментов в конфигурации океанической аквапланеты CESM2-CAM6 с различными профилями предписанного переноса тепла в океане, инвариантными при учетверении CO2. В моделях без климатологического переноса тепла океаном полярное усиление не происходит. Напротив, в моделировании климатологического переноса тепла океаном устойчивое полярное усиление происходит во все сезоны. Что вызывает такую зависимость полярного усиления от переноса тепла в океане? Теория модели энергетического баланса неспособна объяснить эти результаты и фактически предсказывает, что введение переноса тепла океаном приведёт к меньшему полярному усилению. Вместо этого авторы демонстрируют, что коротковолновые облачные радиационные обратные связи могут объяснить расходящиеся реакции полярного климата, смоделированные CESM2-CAM6. Целевые эксперименты по блокировке облаков в моделировании нулевого переноса тепла в океане способны воспроизвести полярное усиление климатологического моделирования переноса тепла в океане исключительно за счёт задания радиационных обратных связей облаков в высоких широтах. Авторы пришли к выводу, что полярное усиление в свободном ото льда климате подкрепляется взаимодействием океана и атмосферы через меньшую отрицательную коротковолновую облачную радиационную обратную связь в высоких широтах, способствующую усилению полярного потепления. Помимо устранения предыдущих различий, эти результаты имеют важные последствия для интерпретации прошлых климатов и климатических прогнозов в рамках сценариев с высокими выбросами.

 

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/7/JCLI-D-23-0151.1.xml

Печать

Climatic Change: Устранение пробелов в знаниях по возникающим проблемам, связанным с экстремальными погодными и климатическими явлениями: систематический обзор

 

Рассматриваются различные исследования экстремальных погодных и климатических явлений (ЭПКЯ) с целью выявления тематических тенденций и пробелов в исследованиях, а также предложения направлений дальнейших исследований. В обзоре определены 14 подтем и 23 направления исследований, которые касаются последствий и проблем на этапах до, во время и после стихийного бедствия. Используя матрицу размерности ЭПКЯ и анализ матрицы содержания, авторы анализируют распределение и направленность этих исследований, выявляя области как обширных, так и ограниченных исследований. Несмотря на то, что по определённым подтемам ЭПКЯ существует значительный объём литературы, в которой особое внимание уделяется оценке ущерба, пространственной протяжённости, потерям и подходам к управлению стихийными бедствиями, лишь ограниченное число исследований изучало такие важные области, как прогнозирование рисков, городское планирование, качество воды, устойчивость городов и аспекты общественного здравоохранения. Эти области имеют жизненно важное значение для эффективного снижения риска стихийных бедствий. Чтобы заполнить пробелы в знаниях в этих и других областях с многомерными взглядами в контексте ЭПКЯ, авторы рекомендуют уделить приоритетное внимание исследованиям в этих подтемах. Представленные результаты подчёркивают важность междисциплинарного сотрудничества и необходимость дополнительных исследований для улучшения понимания ЭПКЯ. С помощью стратегий, основанных на фактических данных, политики и практики могут разработать меры по повышению устойчивости и смягчению последствий ЭПКЯ.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03714-5

Печать

Journal of Climate: Будущий антарктический климат: сюжетные линии усиления струйных течений в средних широтах и сдвига, возникшие в результатах CMIP6

 

Основным источником неопределённости регионального изменения климата являются большие различия между моделями в оценке реакции атмосферной циркуляции на глобальное потепление. Используя новейший набор глобальных климатических моделей из Проекта CMIP6, авторы применяют сюжетный подход для получения физически правдоподобных сценариев изменения климата в Антарктике на 2070–2099 гг. в соответствии с общим социально-экономическим путем SSP5-8.5. Эти сюжетные линии соответствуют различиям в смоделированной величине сезонной потери морского льда и либо (i) задержке разрушения стратосферного полярного вихря в летнее время, либо (ii) усилению стратосферного полярного вихря в зимнее время, которые вместе представляют собой надёжные движущие силы характера реагирования на будущие изменения климата. Известно, что такие изменения в совокупности оказывают сильный контроль над струйным течением в средних широтах Южного полушария, которое, по количественным оценкам, в совокупности объясняет до 70% отклонений в реакции струй летом и 35% зимой. Летом ожидаемое усиление и смещение тропосферного струйного течения варьируются увеличением между ~1 и 2 м/с и смещением к полюсу на ~2–4° соответственно по сюжетным линиям. В оба сезона большее усиление струйных течений коррелирует с меньшим потеплением Антарктики. Напротив, реакция осадков более постоянна, но всё же сильно ослаблена крупномасштабной динамикой. Обнаружено, что увеличение количества осадков в высоких широтах вокруг Антарктиды более выражено для сюжетных линий, характеризующихся большим сдвигом струи в сторону полюса, особенно летом. Эти результаты подчёркивают полезность сюжетного подхода для иллюстрации неопределённости модели и понимания процессов, определяющих распространение прогнозируемой региональной климатической реакции Антарктики.

 

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/7/JCLI-D-23-0122.1.xml

Печать

PNAS: Почему нижняя стратосфера охлаждается, когда тропосфера нагревается

 

Понимание процессов, контролирующих температуру тропической нижней стратосферы, важно, поскольку эта температура определяет концентрацию стратосферного водяного пара, мощного парникового газа. Данные наблюдений уже давно показали, что локально потепление тропосферы связано с охлаждением стратосферы. Авторы подтверждают, что температурный режим в тропосфере замечательно отражается в нижней стратосфере, и дополнительно показывают, что эта взаимосвязь сохраняется при рассмотрении тенденций, вызванных изменением климата. Показано, что существует тесная связь между пространственной картиной потепления тропосферы и похолодания стратосферы. Эти результаты интерпретируются с использованием простой теории, утверждающей, что существует квазисбалансированная реакция стратосферы на нагревание в тропосфере.
Данные наблюдений уже давно позволяют предположить, что в тропиках, когда тропосфера локально нагревается, нижняя стратосфера локально охлаждается. Здесь подтверждается наблюдаемая антикорреляция между температурой тропосферы и нижней стратосферы — нижняя стратосфера охлаждается примерно на 2 градуса на каждый градус потепления в средней тропосфере. Эта антикорреляция объясняется недавно предложенной теорией, согласно которой существует квазисбалансированная реакция стратосферы на нагрев тропосферы [J. Lin, K. Emanuel, Tropospheric thermal forcing of the stratosphere through quasi-balanced dynamics. J. Atmos. Sci. (2024)]. Антикорреляция локального масштаба между температурой тропосферы и нижней стратосферы сохраняется и при рассмотрении изменения климата: там, где тропосфера аномально нагревалась по сравнению со средним значением по зонам, нижняя стратосфера аномально охлаждалась, и наоборот. Это предполагает, что зональная асимметрия трендов температуры в тропосфере будет отражаться на трендах температуры в нижних слоях стратосферы. Также обнаружено, что зональные асимметричные тенденции сопоставимы по величине с тенденциями средней температуры в нижней стратосфере, что подчёркивает важность характера потепления. Результаты и предложенная теория предполагают, что в дополнение к воздействию посредством рассеяния волн нижняя стратосфера также может подвергаться прямому воздействию со стороны тропосферы через квазистационарную, квазисбалансированную динамику.

 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319228121

Печать

PNAS: Ограничения на региональные прогнозы средних и экстремальных осадков в условиях потепления

 

Как изменится гидрологический цикл при будущем потеплении, является одним из центральных вопросов в исследованиях климата; однако современные климатические модели по-прежнему демонстрируют большую неопределённость в этих прогнозах. Определённый прогресс был достигнут в ограничении рамок глобальных изменений среднего количества осадков; однако глобальные средние оценки не могут отражать региональные реакции. Политики, заинтересованные стороны и общественность хотят знать прогнозы для регионов, которые их волнуют или в которых они живут. Здесь, основываясь на физических аргументах, авторы использовали наблюдавшуюся в прошлом тенденцию потепления, чтобы ограничить рамки будущих прогнозов средних и экстремальных осадков как в глобальном, так и в региональном масштабе с помощью метода возникающих ограничений. Результаты предоставляют ценную информацию для сообщества и проясняют ограничения для других региональных климатических прогнозов.
Прогнозируемые изменения гидрологического цикла в условиях глобального потепления остаются весьма неопределёнными в рамках существующих климатических моделей. Здесь авторы демонстрируют, что наблюдавшаяся в прошлом тенденция потепления может быть использована для эффективного ограничения рамок будущих прогнозов средних и экстремальных осадков как в глобальном, так и в региональном масштабе. Физическая основа таких ограничений опирается на относительно постоянную чувствительность климата в отдельных моделях и разумную согласованность региональной гидрологической чувствительности среди моделей, которая доминирует и регулируется увеличением влажности атмосферы. Для сценария с высокими выбросами в среднем по миру прогнозируемые изменения среднего количества осадков снижаются с 6,9 до 5,2%, а экстремальных осадков - с 24,5 до 18,1%, при этом межмодельные отклонения уменьшаются на 31,0 и 22,7% соответственно. Более того, ограничение может быть применено к регионам в средних и высоких широтах, особенно над сушей. Эти ограничения приводят к пространственно разрешённым поправкам, которые существенно и неоднородно отклоняются от глобальных средних поправок. В этом исследовании представлены регионально ограниченные гидрологические реакции по всему миру, имеющие прямые последствия для адаптации к климату в конкретных регионах.

 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312400121

Печать

Ъ: Год 2023-й, рекордный. А каким будет 2024-й?

  

Почему некоторые погодные аномалии невозможно объяснить даже антропогенным фактором

С появлением признаков наступления очередного Эль-Ниньо в середине прошлого года эксперты прогнозировали скорое падение температурного рекорда, датированного 2016 годом (~1,2°C выше доиндустриального уровня), называя главным претендентом на звание нового рекордсмена год 2024-й.

Основанием к этому служило то обстоятельство, что почти во всех умеренных и сильных Эль-Ниньо с 1950 года наблюдалось большее потепление во второй год по сравнению с годом, когда оно началось. В спорте 2024-й именовался бы фаворитом, но, как это нередко случается, неожиданно победа на промежуточном финише досталась «темной лошадке» — 2023 году.

Рекорд 2023-го и его составляющие

Не дожидаясь официального сообщения Всемирной метеорологической организации, многие уважаемые мониторинговые агентства уже в начале второй декады января стали в своих публикациях оперативно подводить итоги ушедшего года. Обработка и анализ данных наблюдений засвидетельствовали появление нового рекордсмена: по разным оценкам, среднегодовая температура приземного слоя воздуха превысила ее среднее значение за период 1850–1900 годов на 1,34°С (Национальное управление океанических и атмосферных исследований, NOAA), 1,37°С (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, NASA), 1,46°С (Центр Хэдли Метеорологического бюро Великобритании и Отдел климатических исследований Университета Восточной Англии, HadCRUT), 1,47°С (Японское метеорологическое агентство), 1,48°С (Европейское климатическое агентство Copernicus), 1,54°С (некоммерческая исследовательская организация Berkeley Earth в Калифорнии). Таким образом, нет оснований сомневаться, что прежний температурный рекорд пал, однако каким именно числом будет характеризоваться новый, пока неизвестно: все же имеется немалая (~0,2°С) разница в вышеприведенных оценках, обусловленная различиями в используемых наборах исходных данных, методах интерполяции и коррекции ошибок измерений и пр.

Превышение глобальной среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1850–1900 годы на основе нескольких наборов данных, 1967–2023 годы
Диаграмма: Данные агентства Copernicus

Как считает подавляющее число специалистов, главной причиной роста температуры (глобального потепления) является антропогенный фактор — начавшееся с наступлением индустриальной эры постоянно нарастающее усиление парникового эффекта, вызванное выбросами в атмосферу дополнительной массы таких газов, как углекислый газ СО2, метан СН4, закись азота N2O и др. Постоянно действующий антропогенный фактор усугубляется внутренней изменчивостью климатической системы, одно из наиболее весомых проявлений которой — периодически возникающее Эль-Ниньо.

Залог «успеха» нового рекордсмена кроется в том, что самыми теплыми оказались не отдельный месяц или сезон (такое случалось и раньше), а все второе полугодие. Причем с впечатляющим отрывом от всех «конкурентов»! А сентябрьский рекордный скачок оказался настолько редким событием, что уже высказывается мнение о невозможности объяснить его лишь внутренней изменчивостью климата в сочетании с устойчивым увеличением воздействия парниковых газов: нужен поиск других дополнительных внешних факторов влияния на глобальный климат в 2023 году (см. Rantanen M., Laaksonen A. The jump in global temperatures in September 2023 is extremely unlikely due to internal climate variability alone. npj Climate and Atmospheric Science, 7, 34 (2024).).

По утверждению Berkeley Earth, в 2023 году на площади 95,5% поверхности Земли температура была значительно выше средней температуры за 1951–1980 годы, на 3,5% была аналогичной и только на 1% — значительно холоднее. В свою очередь, Copernicus приводит аналогичное сравнение относительно ныне действующих климатических норм (1991–2020 годы). 

Отклонения глобальной среднемесячной температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1991–‍2020 годы в течение 1940–‍2023 годов
Диаграмма: Данные агентства Copernicus

В среднем потепление в глобальном масштабе над сушей идет примерно вдвое быстрее, нежели над океаном. По сравнению со средними значениями за 1850–1900 годы, средний показатель по суше в 2023 году увеличился на 2,10±0,07°C, а температура поверхности океана, за исключением регионов морского льда,— на 1,10±0,04°C (данные Berkeley Earth). Это связано с разницей в значениях теплоемкости, которая в несколько раз выше у воды по сравнению с грунтом или воздухом. Как следствие, океан поглощает часть атмосферного тепла в теплую половину года и возвращает его атмосфере в холодную, тем самым существенно компенсируя свой среднегодовой нагрев. Над сушей же такой механизм значительно менее эффективен. Яркой иллюстрацией этого служит сравнение темпов потепления над расположенной в зональном поясе, в котором площадь суши значительно превосходит морскую, Россией и среднеглобального: потепление над нашей страной происходит примерно в 2,7 раза интенсивнее. Еще больший темп отмечается в Арктике, где за последние 40 лет потепление шло приблизительно в 4 раза быстрее, чем в среднем по миру,— процесс, известный как арктическое усиление. Таяние морского льда и уменьшение снежного покрова в Арктике позволяет поглощать больше солнечного света, что, в свою очередь, приводит к дополнительному локальному разогреву. 

Географическое распределение отклонения среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) в 2023 году относительно средней за 1991–‍2020 годы
Диаграмма: Данные агентства Copernicus

Заглядывая в будущее

Повышенный, почти ажиотажный интерес к потеплению-2023 во многом связан с тем, что оно вплотную подошло к одному из пороговых значений, указанных в Парижском соглашении по климату 2015 года. Напомню, в этом документе порог роста температуры в 2°С в XXI веке указан как предельно допустимый, а в 1,5°С как желательный — значения, при которых, вероятно, не произойдет необратимых изменений климатической системы Земли. Хотя, по мнению многих ученых, на сегодняшний день не существует научного обоснования справедливости этого утверждения, они признают полезность использования такого порога в качестве общего знаменателя в последующих дискуссиях и исследованиях. Так или иначе, пороговые значения существуют, однако не предполагалось, что достижение меньшего из них уже так близко (считалось, что это случится двумя или тремя десятилетиями позже). Конечно, это только первая ласточка, а она, как известно, весны не делает: для выявления устойчивой, подтвержденной наблюдениями тенденции недостаточно наличия одного, возможно, аномального года, необходимо, чтобы превышение полутораградусного барьера подтверждалось на протяжении ряда лет. К сожалению, модельные прогнозы говорят, что установление такой тенденции лишь дело времени, причем отнюдь не отдаленного. Сколь велик этот запас времени? По оценкам Berkeley Earth, меньше десятилетия.

А что же 2024-й? Станет он следующим рекордсменом? Его «акции» по-прежнему котируются агентствами достаточно высоко. По мнению заместителя директора Copernicus Саманты Бёрджесс, «чрезвычайно вероятно», что 2024 год будет еще жарче, чем 2023 год. 

 
Отклонения глобальной среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1850–‍1900 годы. Ежегодные средние показаны синими точками, десятилетняя скользящая средняя — красным цветом, линейный тренд начиная с 1980 года — пунктиром
Диаграмма: Данные Berkeley Earth

Обжегшаяся на прогнозе годом раньше Berkeley Earth сегодня высказывается несколько осторожнее: «С вероятностью 58% 2024 год будет теплее, чем 2023-й, и с вероятностью 97% он будет по крайней мере таким же теплым, как 2016-й, то есть весьма вероятно, что 2024 год станет либо самым теплым, либо вторым самым теплым годом за всю историю наблюдений». В качестве обоснования этого вывода Berkeley Earth указывает на то, что, согласно ожиданиям, нынешний Эль-Ниньо скоро достигнет своего пика и исчезнет к середине 2024 года. Тем не менее его наследие, вероятно, внесет значительный вклад в повышение средней глобальной температуры в 2024 году. Также отмечается, что необычные характеристики 2023 года могут затруднить дальнейшее потепление в году 2024-м.

Отклонения глобальной среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1850–‍1900 годы. Ежегодные средние показаны красными точками, 95-‍процентный доверительный интервал — вертикальными линиями, вероятные рамки значения, соответствующего 2024 году,— зеленым цветом
Диаграмма: Данные Berkeley Earth

Вышеприведенные формулировки очередной раз напоминают о том, что всякий прогноз — основанный ли на статистике данных мониторинга или полученный с помощью климатических моделей — всегда вероятностный. Вероятностный потому, что невозможно точно оценить влияние на конечный результат (в нашем случае — на изменение температуры) бесчисленных внутренних взаимодействий («обратных связей») между происходящими внутри климатической системы Земли процессами, а также вследствие возникновения время от времени плохо предсказуемых форс-мажорных обстоятельств. Классическим примером такого форс-мажора являются случающиеся несколько раз за столетие мощные извержения вулканов (таких, например, как Эль-Чичон в 1982 году или Пинатубо в 1991 году), за которыми следует похолодание в глобальном масштабе на 0,5–1°С.

Судя по прогнозам, шансы «фаворита» — 2024 года — на то, чтобы превзойти показатель его «выскочки»-предшественника, не бесспорны, но предпочтительны. Ситуация, которая, будь это поединок боксеров-профессионалов, вызывала бы повышенный интерес любителей бокса и букмекеров. В нашем случае круг «заинтересованных лиц» несравненно шире: по оценкам Berkeley Earth, в 2023 году 2,3 млрд человек — 29% населения Земли — испытали локально рекордно теплые среднегодовые температуры.

 Как будет в 2024-м?
см. подробнее: Андрей Киселев, «"Мальчик" готовит новые проказы», «Ъ-‍Наука», 2023, №15
Андрей Киселев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова (Санкт-Петербург)

 

Ссылка:  https://www.kommersant.ru/doc/6559916

Печать